Edge Computing ontmaskerd: Hoe het werkt, de architectuur en toepassingen in de praktijk

Een IT-edge is waar eindapparaten verbinding maken met een netwerk om data te leveren en instructies te ontvangen van een centrale server, ofwel een datacenter of de cloud. Hoewel dit model in het verleden werkte, genereren moderne apparaten zoveel data dat bedrijven dure apparatuur nodig hebben om optimale prestaties te handhaven.

Edge computing lost dit probleem op door verwerking dichter bij het apparaat dat data genereert te brengen. Data hoeft niet naar een centrale server te reizen voor verwerking, dus er zijn geen latentie- of bandbreedteproblemen.

Dit artikel is een introductie tot edge computing. We leggen uit wat edge computing is, bespreken potentiële use cases en laten zien hoe deze technologie leidt tot goedkopere en betrouwbaardere dataverwerking.

Wat is Edge Computing?

Edge computing is een type computing dat plaatsvindt op of nabij de rand van een netwerk. De verwerking vindt plaats binnen of dicht bij het apparaat, zodat minder data naar de centrale server reist. De meeste operaties gebeuren in real-time nabij de bron van data, wat leidt tot:

• Verbeterde responstijden.
• Betere bandbreedtebeschikbaarheid.
• Betrouwbaardere systeeminzichten.
• Meer uitgebreide en snelere data-analyse.
• Hoge beschikbaarheid.

Edge computing helpt ook workloads up-to-date te houden, dataprivacy te waarborgen en wetten voor databescherming na te leven zoals HIPAA, GDPR en PCI. Dit verwerkingsmodel maakt verdere innovaties met kunstmatige intelligentie en machine learning mogelijk.

Edge-apparaten verzamelen en slaan data op voordat ze informatie naar een on-premises edge-server sturen. Deze server handelt de volgende activiteiten af:

• Real-time dataverwerking.
• Datavisualisatie en analytics.
• Caching en buffering.
• Datafiltering.

Het edge-centrum stuurt de meest complexe verwerkingsverzoeken (big data-operaties en zakelijke logica) naar het datacenter of de cloud. Hoewel de noodzaak voor een centrale dedicated server nog steeds bestaat, kan een bedrijf langzamere, minder dure verbindingen opzetten zonder latentie te riskeren door lokale operaties en vooraf gesorteerde data.

Edge Computing vs. Cloud Computing

Het hoofdverschil tussen edge en cloud computing is waar verwerking plaatsvindt:

• In cloud computing gebeuren alle data-operaties op een gecentraliseerde locatie.
• In edge computing vinden de meeste data-gerelateerde processen lokaal plaats (op de rand van de omgeving).

Edge computing is ideaal voor use cases die vertrouwen op de verwerking van tijdsgevoelige data voor besluitvorming. Een ander use case waarin edge computing beter is dan een cloudoplossing is voor operaties in afgelegen locaties met weinig tot geen connectiviteit met het internet.

Echter, edge computing is geen vervanging voor de cloud. Deze technologieën zijn niet uitwisselbaar; edge computing complementeert de cloud, en de twee techs garanderen betere prestaties voor specifieke use cases.

Edge Computing Architectuur Uitgelegd

Hier zijn de sleutelcomponenten die een edge-ecosysteem vormen:

• Edge-apparaten: Een speciaal stuk apparatuur met beperkte rekenkracht.
• Edge-knooppunt: Elk apparaat, server of gateway dat edge computing uitvoert.
• Edge-server: Een computer gelegen in een faciliteit dicht bij het edge-apparaat. Deze machines draaien applicatieworkloads en gedeelde diensten, dus ze hebben meer rekenkracht nodig dan edge-apparaten.
• Edge-gateway: Een edge-server die netwerkfuncties uitvoert zoals tunneling, firewallbeheer, protocolvertaling en draadloze verbindingen. Een gateway kan ook applicatieworkloads hosten.
• Cloud: Een publieke of private cloud die fungeert als repository voor gecontaineriseerde workloads zoals applicaties en machine learning-modellen. De cloud host en draait ook apps die edge-knooppunten beheren.

Edge computing heeft drie primaire knooppunten: de device edge, lokale edge en de cloud.

Device edge is de fysieke locatie waar edge-apparaten on-premises draaien (camera's, sensoren, industriële machines, etc.). Deze apparaten hebben de rekenkracht om data te verzamelen en te transmitteren.

Lokale edge is een systeem dat de applicaties en netwerkworkloads ondersteunt. De lokale edge heeft twee lagen:

• Een applicatielaag die apps draait die edge-apparaten niet kunnen hanteren vanwege een grote voetafdruk (complexe video-analytics of IoT-verwerking, bijvoorbeeld).
• De netwerklaag die fysieke of gevirtualiseerde netwerkcomponenten draait zoals routers en switches.

De cloud (of de nexus) draait applicatie- en netwerkworkloads die de verwerking beheren die andere edge-knooppunten niet kunnen aan. Ondanks de naam kan deze edge-laag draaien als een in-house datacenter of in de cloud.

De illustratie hieronder presenteert een gedetailleerdere architectuur en toont componenten relevant voor elk edge-knooppunt.

Industrie-oplossingen en applicaties kunnen in meerdere knooppunten bestaan aangezien specifieke workloads meer geschikt zijn voor de device of lokale edge. Sommige andere workloads kunnen ook dynamisch tussen knooppunten bewegen onder bepaalde omstandigheden (handmatig of automatisch).

Virtualisatie is een vitaal element van een grootschalige edge-computing-setup. Deze technologie maakt het gemakkelijker om talloze applicaties op edge-servers te implementeren en te draaien.

Voordelen van Edge Computing

Hieronder zijn de meest prominente zakelijke voordelen van het gebruik van edge computing.

Latentiereductie

Edge computing verbetert netwerkprestaties door latentie te verminderen. Omdat apparaten data native of in een lokaal edge-centrum verwerken, hoeft de informatie niet bijna zo ver te reizen als in een standaard cloud-architectuur.

Bijvoorbeeld, twee collega's in hetzelfde gebouw die e-mails uitwisselen, kunnen gemakkelijk vertraging ervaren via standaardnetwerken. Elk bericht routeert uit het gebouw, communiceert met een verlegen server en keert terug naar de inbox van de ontvanger. Als dat proces op de edge gebeurt en de router van het bedrijf kantoor-e-mails afhandelt, treedt die vertraging niet op.

Edge computing lost ook het "last mile"-knelpuntprobleem op. Alle reizende data moet door lokale netwerkverbindingen gaan voordat het de bestemming bereikt. Dit proces kan tussen 10 tot 65 milliseconden latentie veroorzaken afhankelijk van de kwaliteit van de infrastructuur. In een setup met edge-centra is het verkeer veel lager dan met een gecentraliseerd systeem, dus er zijn geen knelpuntproblemen.

Veiligere Dataverwerking

Traditionele cloud-setups zijn kwetsbaar voor gedistribueerde denial-of-service (DDoS)-aanvallen en stroomuitvallen. Omdat edge computing verwerking en opslag distribueert, zijn systemen minder gevoelig voor storingen en downtime. De setup lijdt niet onder single points of failure.

Bovendien, omdat de meeste processen lokaal plaatsvinden, kunnen hackers data in transit niet afvangen. Zelfs als een enkele computer een datalekkage ervaart, kan de aanvaller alleen lokale data compromitteren.

Kosteneffectieve Schaalbaarheid

Edge computing stelt een bedrijf in staat om zijn capaciteit uit te breiden via een combinatie van IoT-apparaten en edge-servers. Het toevoegen van meer resources vereist geen investering in een privé-datacenter dat duur is om te bouwen, onderhouden en uit te breiden. In plaats daarvan kan een bedrijf regionale edge-servers opzetten om het netwerk snel en kosteneffectief uit te breiden.

Het gebruik van edge computing vergemakkelijkt ook groeikosten omdat elk nieuw apparaat geen verdere bandbreedte-eisen aan het hele netwerk toevoegt.

Eenvoudige uitbreiding naar nieuwe markten

Een bedrijf kan partner worden met een lokaal edge-datacenter om snel uit te breiden en nieuwe markten te testen. De uitbreiding vereist geen nieuwe dure infrastructuur. In plaats daarvan stelt een bedrijf alleen edge-apparaten op en begint klanten te bedienen zonder latentie. Als de markt ongunstig blijkt, is het de-installatieproces net zo snel en goedkoop.

Dit voordeel is vitaal voor industrieën die snelle uitbreidingen in regio's met beperkte connectiviteit vereisen.

Consistente Gebruikerservaring

Omdat edge-servers dicht bij eindgebruikers opereren, is een netwerkprobleem in een verlegen locatie minder waarschijnlijk om klanten te beïnvloeden. Zelfs als het lokale centrum een storing heeft, kunnen edge-apparaten doorgaan met opereren vanwege hun vermogen om vitale functies native af te handelen. Het systeem kan data ook door andere paden omleiden om ervoor te zorgen dat gebruikers toegang behouden tot diensten.

Nadelen van Edge Computing

Edge computing verhoogt het totale aanvalsoppervlak voor een netwerk. Edge-apparaten kunnen dienen als toegangspunt voor cyberaanvallen waardoor een aanvaller kwaadaardige software kan injecteren en het netwerk kan infecteren.

Helaas is het instellen van adequate beveiliging moeilijk in een gedistribueerde omgeving. Meeste dataverwerking vindt plaats buiten de centrale server en het directe zicht van het beveiligingsteam. Het aanvalsoppervlak wordt ook groter wanneer het bedrijf een nieuw stuk apparatuur toevoegt.

Een ander veelvoorkomend probleem met edge computing is de prijs. Tenzij een bedrijf partner wordt met een lokaal edge-partner, is het opzetten van de infrastructuur duur en complex. Onderhoudskosten zijn doorgaans ook hoog omdat het team talloze apparaten op verschillende locaties gezond moet houden.

Tot slot, aangezien huidige standaarden snel evolueren, kan een bedrijf worstelen met het up-to-date houden van setups. Nieuwe apparaten en software komen regelmatig uit, dus apparatuur kan snel verouderd raken.

Edge Computing Voorbeelden en Use Cases

Hieronder zijn de meest veelbelovende use cases en toepassingen van edge computing in verschillende industrieën.

5G en Edge Computing

De komst van 5G belooft datasnelheden van meer dan 20 Gbps en vertragingsvrije verbindingen van meer dan een miljoen apparaten per vierkante mijl. Deze opkomende technologie duwt edge computing naar een nieuw niveau, wat nog lagere latentie, hogere snelheden en verbeterde efficiëntie mogelijk maakt.

Bedrijven zullen binnenkort in staat zijn om 5G te gebruiken om netwerkranden uit te breiden. Overlappende netwerken zullen bedrijven in staat stellen om nog meer data op edge-apparaten te houden. Applicaties zullen ook in staat zijn om te vertrouwen op real-time communicatie met het netwerk, een functie die essentieel zal blijken in de uitbreiding van IoT.

Videobewaking

Het transmitteren van videodata naar een centrale server is traag en duur. Edge computing versnelt dit proces door camera's in te stellen om initiële video-analytics uit te voeren en gebeurtenissen van belang te herkennen. Het apparaat stuurt dan de gefilterde beelden naar een lokale edge voor verdere analyse.

Bijvoorbeeld, als een brand uitbreekt in een gebouw met edge-camera's, kunnen de apparaten mensen binnen de vlammen onderscheiden. Zodra de camera een persoon in gevaar ziet, gaat de beelden naar de lokale edge zonder latentie. De lokale edge kan dan de autoriteiten waarschuwen in plaats van de beelden naar het datacenter te sturen en waardevolle tijd te verliezen.

Gezondheidszorgkansen

Het opzetten van edge-apparaten voor patiëntmonitoring kan ziekenhuizen helpen dataprivacy te waarborgen en patiëntenzorg te verbeteren. Het personeel kan snellere en betere zorg aan patiënten bieden terwijl het ziekenhuis de hoeveelheid data die over netwerken reist vermindert en centrale server-overbelasting vermijdt.

Het implementeren van edge-oplossingen kan de manier verbeteren waarop vitale gezondheidszorgmachines opereren, zoals draagbare EKG-apparaten, sensoren voor temperatuurbewaking en glucosemeters. Snelle dataverwerking kan ook kostbare seconden besparen voor remote patiëntmonitoring.

Verbonden Auto's

Een auto uitgerust met edge-apparaten kan data verzamelen van diverse sensoren en real-time reageren op situaties op de weg. Deze functie zal vitaal zijn in de ontwikkeling van autonome voertuigen.

Edge computing kan ook automatische voertuigconvois mogelijk maken. Een groep auto's of vrachtwagens kan dicht achter elkaar in convoi rijden, brandstof besparen en congestie verminderen. Alleen het eerste voertuig vereist een chauffeur omdat de overige auto's de eerste kunnen volgen en zonder latentie communiceren.

Monitoring in olie- en gasindustrieën

Edge computing kan helpen olie- en gasstoringen te voorkomen. Deze installaties opereren doorgaans in afgelegen locaties, dus een edge-centrum is een veel betere optie dan een verlegen server of cloud. Apparaten kunnen real-time analytics gebruiken om het systeem te monitoren en machines af te sluiten voordat een ramp zich voordoet.

Online Gaming

Online multiplayer games kunnen profiteren van edge computing omdat de technologie lag vermindert. Spelers kunnen massale matches organiseren zonder prestaties te beïnvloeden.

Cloud gaming kan ook profiteren van edge computing. Dit type online gaming streamt een live feed van het videospel direct naar gebruikersapparaten. Omdat datacenters deze games verwerken en hosten, ervaren gebruikers vaak latentieproblemen.

Als een cloud gaming-bedrijf een edge-server in de buurt van gamers' locatie opzet, heeft de stream geen latentie en wordt het gameplay volledig responsief.

Slimme Fabrieken

Real-time reacties op productieprocessen zijn vitaal om productdefecten te verminderen en productiviteit binnen een fabriek te verbeteren. Analytische algoritmes kunnen monitoren hoe elk stuk apparatuur draait en de operatieve parameters aanpassen om efficiëntie te verbeteren.

Edge-apparaten kunnen ook detecteren en voorspellen wanneer een storing waarschijnlijk is, wat dure fabrieksdowntime vermindert. Bedrijven kunnen processen op een cloud-achtige manier managen maar de betrouwbaarheid van een on-premises setup handhaven.

Online Winkelen

De reductie in latentie stelt detailhandelaars in staat om een rijke, interactieve online ervaring voor hun klanten te creëren. Winkeliers kunnen een augmented reality voor online shoppen creëren met naadloze prestaties en kopers toestaan om goedkoop van huis uit te kopen.

Fysieke winkels kunnen ook edge computing gebruiken om virtuele realiteit shop-assistenten in winkels op te zetten.

Een Technologie in Opkomst

Experts voorspellen dat 75% van de dataverwerking buiten het traditionele datacenter of cloud zal plaatsvinden tegen 2025. Pak een vroege start met edge computing om nieuwe zakelijke kansen te ontdekken, operationele efficiëntie te verhogen en betrouwbare ervaringen voor je klanten te garanderen.